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申请/专利权人：中铁四局集团有限公司;安徽理工大学;中铁四局集团第四工程有限公司

摘要：本发明涉及隧道围岩温度测试技术领域，具体涉及一种隧道围岩的风流场和温度场的模拟方法及系统，该方法包括：采集隧道外环境温度、隧道围岩散热量、压风管道压缩发热量和设备运转放热量；构建风流场模拟模型，并基于所述隧道围岩散热量、压风管道压缩发热量和设备运转放热量构建温度场模拟模型；分别设置所述风流场模拟模型和温度场模拟模型的边界条件；基于所述边界条件、风流场模拟模型和温度场模拟模型分别获得温度模拟结果和风流模拟结果；获取验证数据，基于验证数据对温度模拟结果和风流模拟结果进行验证，获取验证结果；根据验证结果对风流场模拟模型和温度场模拟模型进行调整。本发明能够准确的对隧道内的风流场和温度场进行模拟。

主权项：1.一种隧道围岩的风流场和温度场的模拟方法，其特征在于，该方法包括：步骤S1，采集模拟所需数据，所述数据包括隧道外环境温度、隧道围岩散热量、压风管道压缩发热量和设备运转放热量；步骤S2，构建风流场模拟模型，并基于所述隧道围岩散热量、压风管道压缩发热量和设备运转放热量构建温度场模拟模型；步骤S3，分别设置所述风流场模拟模型和温度场模拟模型的边界条件；基于所述边界条件、风流场模拟模型和温度场模拟模型分别获得温度模拟结果和风流模拟结果；步骤S4，获取验证数据，基于验证数据对温度模拟结果和风流模拟结果进行验证，获取验证结果；根据验证结果对风流场模拟模型和温度场模拟模型进行调整；所述隧道围岩散热量、压风管道压缩发热量和设备运转放热量的计算公式具体为： 其中，Qr表示隧道围岩散热量；To表示隧道外环境温度，利用通过测量设备测量；kr表示隧道围岩的热传导系数，Ar表示隧道围岩的表面积，Tr表示隧道围岩的温度，dr表示隧道围岩的厚度；Qp＝Pl*Ll；其中，Qp表示压风管道压缩发热量；Pl表示压风管道的单位长度的功率损失，Ll表示压风管道的长度；Qd＝Pd+kd*Ad*Td-To；其中，Qd表示设备运转放热量；To表示隧道外环境温度；Pd表示设备运行的功率，kd表示设备的热传导系数，Ad表示设备的表面积，Td表示设备的温度；所述风流场模拟模型和温度场模拟模型分别为： 该模型为风流场模拟模型；其中，表示风流速度矢量u的时间导数；表示风流速度矢量u与自身的乘积，表示压力梯度，表示粘性应力张量τ的散度，ρg是空气密度ρ乘以重力加速度g； 该模型为温度场模拟模型；其中，表示总能量e的时间导数，是风流速度矢量u与总能量e的乘积，表示温度梯度的散度乘以热传导系数k，Qr、Qp和Qd分别表示隧道围岩散热量、压风管道压缩发热量和设备运转放热量；所述分别设置所述风流场模拟模型和温度场模拟模型的边界条件，包括：所述风流场模拟模型和温度场模拟模型的边界条件不相同；风流场模拟模型对应的边界条件包括入口边界条件，出口边界条件和固体边界条件；温度场模拟模型对应的边界条件包括入口边界条件，出口边界条件和固体边界条件；其中风流场模拟模型对应的入口边界条件为入口处的风速、风向和风温，出口边界条件采用自由出流条件，也即是出口处的压力梯度为零，固体边界条件为隧道壁的摩擦、热传导和热辐射；其中温度场模拟模型对应的入口边界条件为入口处的环境温度和风流速度，出口边界条件为大气压力出口和出口处环境温度，固体边界条件包括隧道壁的热传导和热对流；所述获取验证数据，包括：确定隧道的温度场和风流场的模拟区域内的检测点；在所述各检测点分别布置风流速度矢量测量仪和温度测量仪；利用检测点的风流速度矢量测量仪和温度测量仪按照预设时间间隔分别采集实际风流速度矢量数据和实际温度数据，其中所述实际风流速度矢量数据组成第一数据集，实际温度数据组成第二数据集；且每个检测点分别有一个第一数据集和第二数据集；一个检测点对应的第一数据集和第二数据集为该检测点的验证数据；所述基于验证数据对温度模拟结果和风流模拟结果进行验证，获取验证结果，包括：根据一个检测点的第一数据集中的实际风流速度矢量数据和对应时刻的风流模拟结果计算风流验证指标，具体为其中，Fj表示第j个检测点的风流验证指标，FXji表示第j个检测点第i个时刻的实际风流速度矢量数据与对应的风流模拟结果的夹角的余弦值，表示第j个检测点第i个时刻的实际风流速度矢量数据的模长，|uji|表示第j个检测点第i个时刻对应的风流模拟结果的模长，n表示第j个检测点对应的第一数据集中数据的数量；根据一个检测点的第二数据集中的实际温度数据和对应时刻的温度模拟结果计算温度验证指标，具体为其中，Pj表示第j个检测点的第二数据集中各实际温度数据和对应时刻的温度模拟结果的皮尔逊相关性系数，表示第j个检测点第i个时刻的实际温度数据，Tji表示第j个检测点第i个时刻对应的温度模拟结果；根据每个检测点的风流验证指标和温度验证指标获取验证结果，验证结果为其中，表示验证结果，λ1和λ2分别为权重因子，m表示检测点的数量。

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